Квантово-химическое исследование побочных процессов

Квантово-химическое исследование побочных процессов образования уретанов
Самуилов А.Я., Зенитова Л.А.
аспирант
Казанский государственный технологический университет, Казань, Россия
samuil@mi.ru
Полиуретаны, получаемые взаимодействием гидроксилсодержащих соединений с
изоцианатами, относятся к важнейшим гетероцепным полимерным материалам,
производство и сфера применения которых имеет тенденцию к возрастанию из года в
год. Полиуретаны являются универсальным материалом: на основе ПУ изготавливают
эластичные, полужесткие и жесткие материалы [1]. Производство полиуретанов (ПУ)
является интенсивно развивающейся отраслью и на протяжении многих лет составляет
примерно 5% мирового рынка пластмасс. В России рост производства полиуретанов в
2005 г. по сравнению с 2004 г. составил 25%. ПУ перерабатывают практически всеми
существующими технологическими методами: экструзией, прессованием, литьем,
заливкой. Несмотря на то, что реакция уретанообразования известна давно, не
существует единого мнения ни о механизме образования уретанов, ни о термодинамике
процесса. Между тем знание механизма взаимодействия изоцианатов со спиртами
важно, так как он открывает подходы к целенаправленному управлению структурой
полиуретанов, которая в настоящее время регулируется эмпирическими зависимостями.
Процесс уретанообразования
сопровождается побочными
процессами:
образованием аллофанатов, биуретов, уретидионов, изоциауратов, термодинамические
параметры которых так же полностью недоступны. Знание термодинамических
закономерностей любого химического взаимодействия являются важнейшими для его
понимания и практического осуществления. Термодинамические параметры позволяют
предсказать условия осуществления процесса, найти температурные области
стабильности получаемых продуктов реакции, они оказывают неоценимую помощь для
понимания механизма процесса и определения факторов, определяющих реакционную
способность Экспериментальное определение термодинамических параметров очень
сложно, поэтому единственным доступным в настоящее время методом определения
термодинамических параметров подобных реакций является их квантово-химический
расчет.
С целью количественной характеристики термодинамических характеристик
описанных выше реакций мы провели квантово-химический расчет методом B3LYP
модельных превращений – взаимодействия фенилизоцианата с метанолом, приводящего
к образованию уретана; взаимодействия фенилизоцианата с образовавшимся уретаном,
приводящего
к
образованию
аллофаната;
димеризации
и
тримеризации
фенилизоцианата, приводящее к образованию уретидиона и изоциаурата;
взаимодействия фенилизоцианата с анилином, приводящего к образованию
соответствующей мочевины и взаимодействия полученной мочевины, приводящее к
образованию биурета. Эти реакции мы рассматривали как модельные взаимодействия,
которые реализуются в ходе промышленного получения полиуретанов.
С целью определения наиболее стабильного конформера
предварительно
определялись барьеры внутреннего вращения.
Литература
1. Саундерс Дж. Х., Фриш К.К. Химия полиуретанов – М: Химия, 1968. - 470 с.